中強地震前周至臺地電阻率的異常變化

彭玉柱 張世民 李建章

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中強地震前周至臺地電阻率的異常變化

彭玉柱 張世民 李建章

（陜西省地震局周至地震臺，周至 710402）

通過對三個震例的分析，筆者得到了周至臺地電阻率觀測在地震發(fā)生前出現(xiàn)的一些異常變化。其具體表現(xiàn)為：①在汶川地震發(fā)生前，周至臺地電阻率觀測在三個測向的日均值都呈緩慢下降，幅度為1.0%—3.9%，從異常變化出現(xiàn)至發(fā)震的時間間隔為1月左右。②在蘆山地震和岷縣漳縣地震發(fā)生前，從2011年9月開始，周至臺地電阻率觀測在三個測向的日均值都呈顯著下降且幅度較大。其中，蘆山地震發(fā)生在異常變化恢復（上升）的過程中，從出現(xiàn)異常到發(fā)震的間隔為16個月；而岷縣漳縣地震也發(fā)生在異常恢復（上升）的過程中，但從異常出現(xiàn)到發(fā)震的間隔為19個月。表明周至臺地電阻率觀測能較好地反映出地震的前兆信息，具有一定的映震能力，這對陜西及相鄰地區(qū)的地震監(jiān)測和預報可以起到一定的作用。

地電阻率 異常特征 觀測條件 地震

引言

利用地電阻率的變化可探測到地球淺層巖石介質(zhì)的電學屬性隨時間的變化，其異常變化可用于地震監(jiān)測。我國的地電阻率觀測與研究工作開始于1966年邢臺地震之后，至今已積累了大量的大震、強震和中等地震的震例。陜西省周至地電阻率觀測臺是“十五”期間建造的，其位于陜西中部的關(guān)中地區(qū)，主要承擔本地區(qū)的地震監(jiān)測工作。在臺站投入運行期間，在距臺站660km范圍內(nèi)發(fā)生了3次地震，分別是2008年汶川8.0級地震、2013年蘆山7.0級地震和2013年岷縣漳縣6.6級地震。本文針對上述3次地震發(fā)生前，周至臺地電阻率觀測出現(xiàn)的日均值曲線異常變化進行了分析和總結(jié)，以期為地震活動趨勢判斷提供一定的參考。

1 周至臺概況

周至地電阻率臺屬國家基本地電臺，其位于陜西省西安市周至縣廣濟鎮(zhèn)施家庵村與高家莊村之間，地理位置為北緯34°09′，東經(jīng)108°13′，海拔高度約500m。

在地質(zhì)構(gòu)造上，周至臺地處汾渭斷陷盆地西安-周至凹陷西端，秦嶺北緣大斷裂與岐山-馬召斷裂的交匯地帶。從臺站向北約20km是渭河斷裂，它是鄂爾多斯塊體南緣的邊界斷裂帶。同時，周至臺的測區(qū)位于隴縣-歧山-馬昭斷裂與周至-余下斷裂的交會處，距秦嶺北鹿山前斷裂僅4km。由于上述幾條斷裂的構(gòu)造活動較活躍，因此在北西向的斷裂帶上曾發(fā)生過多次中小地震，具體如圖1所示。

周至臺址位于渭河以南的平原地區(qū)，測區(qū)為基本農(nóng)田，地形平坦開闊，布極區(qū)高差小于2m。測區(qū)內(nèi)無大型灌溉水井，無水渠和溝壑。測區(qū)外圍為村莊，地面未鋪設（或埋地）金屬管道。同時，發(fā)射塔、鐵路、公路主干線、高壓線路和變電站等主要干擾源距離測區(qū)相對較遠。根據(jù)地質(zhì)成井資料記錄，測區(qū)覆蓋層為黃土且含有夾砂和礫石等。其中地面以下40m為土層，50—80m為土層夾沙。潛水位為80m，最大凍土深度為1.0m。

周至臺使用的地電阻率觀測儀器為ZD8BI型數(shù)字地電儀。電極的方向基本上沿著北西向的馬召-岐山斷裂帶的平行、垂直和斜道方向布設，即NS、NW和N45°E三個測向，每個測向均采用四極對稱裝置，M極為三個測向共用，如圖2所示。其中，供電極距A1B1、A2B2、A3B3均長1.2km，測量極距MN1、MN2、MN3均長0.4km。電極為鉛板，電極埋深3m，外線路為電纜架空，具體如表1所示（彭玉柱等，2013）。

表1 周至地震臺地電阻率觀測布極參數(shù)

周至臺自2007年5月5日正式投入觀測以來，測區(qū)觀測環(huán)境一直未有明顯變化，觀測數(shù)據(jù)連續(xù)率為98%，完整率為96%，供電線路漏電系數(shù)符合《地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范（電場觀測）》（中國地震局科技監(jiān)測司，2001）的要求，觀測數(shù)據(jù)精度系數(shù)值均在0.99以上，如表2所示。

表2 周至臺地電阻率漏電系數(shù)及觀測值精度

從表2可以看出，周至臺地電阻率觀測環(huán)境穩(wěn)定，外線路絕緣性較好，觀測值比較穩(wěn)定。

2 周至臺地電阻率異常變化分析

在周至臺投入運行期間，在距臺站660km范圍內(nèi)發(fā)生了3次地震，它們分別是2008年汶川8.0級地震、2013年蘆山7.0級地震和2013年岷縣漳縣6.6級地震。上述3次地震的震中分別距周至臺572km、660km和380km。其中，汶川地震和蘆山地震發(fā)生在龍門山斷裂帶，岷縣地震發(fā)生在臨潭-宕昌斷裂帶，3次地震都屬于發(fā)生在南北地震帶北段的地震。在這3次地震發(fā)生前，周至臺地電阻率觀測都表現(xiàn)出了明顯的異常變化。

在確認上述3次地震發(fā)生前周至臺地電阻率觀測資料已經(jīng)剔除了各種干擾的情況下，筆者從中篩選出了距臺站約600km的異常變化資料，對異常時間及特征進行了如下分析。

2.1 汶川S8.0級地震異常

2008年5月12日汶川發(fā)生了S8.0級大震，震中到周至臺的距離為572km。此次大震發(fā)生后，在沿汶川—陜西寧強的NE向條帶內(nèi)又發(fā)生了數(shù)十次S5.0—6.0級余震，而周至臺恰好位于汶川地震序列NE條帶的延伸方向上。雖然主震震中距離周至臺相對較遠，但其后發(fā)生在寧強的S6.4級強余震，距離周至臺僅約345km。

圖3是周至臺2008年地電阻率觀測三個測向的5日均值曲線。從圖中可以看出，NS測向從3月初出現(xiàn)緩慢上升，4月9日開始轉(zhuǎn)為緩慢下降，至4月15日降至最低值后又略有上升，并在低谷波動，至5月9日到達最低值，總體下降幅度約1.0%。自5月9日之后，NS向測值又開始急劇上升，并在上升期間發(fā)生了汶川S8.0級地震，異常特征表現(xiàn)為上升型。從時間上看，從異常出現(xiàn)至地震發(fā)生，時間間隔約為30天左右（燕明芝等，2002）。同時，N45°E測向從4月4日也出現(xiàn)緩慢下降，其下降幅度為1.9%，4月14日在低谷波動，5月9日之后又開始呈緩慢上升，之后就發(fā)生了地震，異常特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為35天。另外，NW測向從4月10日也出現(xiàn)緩慢下降，其下降幅度最大為3.9%，4月19日在低谷波動，至5月4日之后又開始急劇上升，之后就發(fā)生了地震，異常特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為26天。

三個測向的測值在震后幾天繼續(xù)出現(xiàn)持續(xù)上升，5月中旬至6月初開始回落或趨于平穩(wěn)，但從6月開始又持續(xù)快速上升，至7月達到高值，之后長時間維持在高值狀態(tài)。經(jīng)檢查，在出現(xiàn)異常變化的期間，周至臺觀測系統(tǒng)運行基本正常，觀測環(huán)境無干擾。

圖4是周至臺地電阻率觀測NS和N45°W測向2007年6月15日—2008年7月31日的日均值相對均方差曲線。從圖中可以看出，在汶川地震發(fā)生前的4月，日均值相對均方差顯著增大，從5月初開始又迅速下降，之后就發(fā)生了地震，這是典型的地震短臨異常。

圖5是周至臺地電阻率觀測三個測向2008年1月1日—7月31日的日均值一階差分值能量圖（杜學彬等，1999）。從圖中可以看出，在汶川地震發(fā)生前周至臺的地電阻率分別在三個測向上出現(xiàn)了較為明顯的短臨異常。

2.2 蘆山S7.0級地震和岷縣漳縣S6.6級地震異常

圖6是周至臺地電阻率觀測多年的日均值曲線。從圖中可以看出，2008—2010年的日均值具有明顯、清晰、規(guī)整的年變規(guī)律，其中NS和N45°E測向具有同步變化的趨勢，具體表現(xiàn)為在年底和年初處于低值階段，到了每年的6—9月處于高值階段；而NW測向的年變形態(tài)正好與NS和N45°E測向相反，具體表現(xiàn)為在年底和年初處于高值階段，到了每年的4—7月處于低值階段。

同時，對比2011年的異常變化趨勢可發(fā)現(xiàn)，從2011年9月開始NS、N45°E、NW三個測向的地電阻率均出現(xiàn)了不同幅度的下降。其中，NS測向的下降幅度最大為2.4%，NE測向的下降幅度為1.7%，NW測向的下降幅度為1.6%。

圖7是周至臺地電阻率觀測2013年的日均值曲線。從圖中可以看出，在蘆山7.0級地震發(fā)生前，周至臺地電阻率觀測在三個測向的日均值曲線都經(jīng)歷了一個長期上升的過程，并在此上升過程中就發(fā)生了地震；而震后的日均值曲線繼續(xù)呈上升趨勢，異常變化特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為16個月。

同樣，在岷縣漳縣6.6級地震發(fā)生前，周至臺地電阻率觀測在三個測向的日均值曲線都從5月下旬開始呈現(xiàn)出上升的趨勢，至7月初升至高值，并在高值段波動，之后就發(fā)生了地震；而震后日均值曲線開始緩慢下降，異常變化特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔約為19個月（杜學彬等，2000）。

3 結(jié)論與討論

通過以上震例分析，筆者得到了周至臺地電阻率觀測在地震發(fā)生前出現(xiàn)的一些異常變化。

（1）在汶川地震發(fā)生前，周至臺地電阻率觀測在三個測向的日均值都呈現(xiàn)出緩慢下降，下降幅度為1.0%—3.9%，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為1月左右。

（2）在蘆山地震和岷縣漳縣地震發(fā)生前，從2011年9月開始，周至臺地電阻率觀測在三個測向的日均值都呈顯著下降且下降幅度較大。其中，NS測向下降2.4%，NE測向下降1.7%，NW測向下降1.6%。蘆山地震發(fā)生在異常變化恢復（上升）的過程中，從異常出現(xiàn)到發(fā)震的間隔為16個月；而岷縣漳縣地震也發(fā)生在異?；謴停ㄉ仙┑倪^程中，但從異常出現(xiàn)到發(fā)震的間隔為19個月。

（3）周至臺地電阻率觀測能較好地反映出地震的前兆信息，具有一定的映震能力，這對陜西及相鄰地區(qū)的地震監(jiān)測和預報可以起到一定的作用。

同時，筆者在三個震例的分析中發(fā)現(xiàn)，周至臺地電阻率觀測日均值有時會出現(xiàn)上升異常，有時會出現(xiàn)反復升降的異常，這表明視電阻率在震前出現(xiàn)的異常能夠較好地反映出地震的前兆異常信息。根據(jù)地球物理學的相關(guān)理論（高振強等，2008），震前地電阻率的變化主要與地下探測體內(nèi)巖層的受力狀態(tài)有關(guān)。當巖層被壓縮時地電阻率應該下降，而當巖層膨脹時地電阻率應該上升。這種異常變化在各個時段可表現(xiàn)為不同的特征，這是因為巖層受力不均勻所致。此外，這種反復升降的異常變化也可能與地殼活動有關(guān)，在不同的臺站由于所處的地質(zhì)構(gòu)造位置不同，所以記錄到的地電阻率異常變化也可能是不同的。而地震發(fā)生之后，伴隨著能量的釋放和應力的調(diào)整，這種異常變化也逐漸恢復正常，但恢復的時間長短不一，這也是地震發(fā)生后存在的共同特征（燕明芝等，2002）。而在筆者分析的3次地震發(fā)生前，周至臺地電阻率都呈明顯的長趨勢變化和短臨異常變化，但異常的形態(tài)和幅度卻不同，這還有待進一步研究。

致謝：非常感謝趙家騮研究員對本文給予的大力指導和幫助，在此表示衷心感謝。

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高振強，高躍雄，2008．臨汾地震臺地電阻率異常變化特征與盆地內(nèi)地震關(guān)系分析．地震地磁觀測與研究，29（6）：36—40．

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燕明芝，徐輝等，2002．甘肅地區(qū)地電阻率前兆異常信息的映震效果. 地震地磁觀測與研究，23（5）：14—23.

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Precursory Anomalies of Geo-Resistance before Moderate-Strong Earthquake Based on Observed Data at Zhouzhi Seismic Station

Peng Yuzhu, Zhang Shimin and Li Jianzhang

(Zhouzhi Seismic Station, Earthquake Administration of Shaanxi Province, Zhouzhi 710402, China)

Observed geo-resistance data at Zhouzhi seismic station were processed. We analyzed the data related to three strong earthquakes including WenchuanS8.0 earthquake and summarized the character of precursory anomalies before moderate-strong earthquake. The results show it will appear precursory anomalies before moderate-strong earthquake in adjacent area, and the outcome will provide important basis for earthquake research and prediction, and provide preference for forecasting earthquake activity around Zhouzhi station.

Geo-resistance; Anomaly character; Observed condition; Earthquake

2015-04-09

彭玉柱，男，生于1957年。工程師。主要從事臺站管理與監(jiān)測工作。E-mail：630402943@qq.com